Jedna z nejjasnějších hvězd v galaxii Andromeda během mnoha let náhle zmizela – bez jakékoliv exploze, bez supernovy. To, co vědci objevili, mění dlouholetá přesvědčení o umírání hvězd.
Když hvězdy s podstatně větší hmotností než naše Slunce vyčerpají svůj nukleární energetický zásobník, jejich jádro se nevyhnutelně zhroutí do černé díry. Současně se umírající hvězda explozivně zbavuje svých vnějších vrstev a jasně září jako supernova – taková je obvyklá představa.
Nicméně, to neplatí vždy: některé hvězdy umírají tiše, aniž by došlo k explozi supernovy, jak nyní ukazují pozorování výzkumného týmu z USA. Jedna z nejjasnějších hvězd v Andromedě zmizela a všechny známky ukazují na to, že se stala černou dírou, jak uvádějí vědci v odborném časopise „Science“.
„Je to pravděpodobně nejpř překvapivější objevení mého života,“ říká Kishalay De z Kolumbijské univerzity v New Yorku. V archivních datech teleskopu Neowise objevili astrofyzik a jeho tým jasnou obří hvězdu ve vzdálenosti 2,5 milionu světelných let v galaxii Andromeda, která se v roce 2014 zpočátku pomalu rozjasňovala. Po třech letech však její jasnost náhle dramaticky klesla a hvězda M31-2014-DS1, jak je uvedena v katalogu, již na snímcích Neowise nebyla k nalezení.
M31-2014-DS1 původně měla přibližně 13násobnou hmotnost našeho Slunce, odhadují vědci. Během své existence ztratila hvězda množství plynu ze svých povrchových vrstev ve formě „hvězdného větru“, takže nakonec vážila pouze asi pět hmotností Slunce. „Hvězdy této hmotnosti by měly explodovat jako supernovy; alespoň to jsme dlouho považovali za přijatelnou normu,“ říká De. Proto je zmizení hvězdy bez exploze neobvyklé: zdá se, že hvězdy mohou kolabovat do černých děr i bez výbuchu supernovy.
Jak je to možné?
Jak ale může k této situaci dojít? Zatímco hvězdy vytvářejí energii prostřednictvím jaderné fúze, tlak záření vyrovnává hmotnost jejich obrovské hmoty. Jakmile však dojde k vyčerpání energetického zásobníku, gravitace přebírá kontrolu a hvězda se zhroutí. Když se kolabující materiál v jádru hvězdy srazí, vytvoří to jakýsi zpětný ráz, takzvanou rázovou vlnu, která se šíří směrem ven a způsobuje explozi supernovy.
Avšak jako obvykle se věci neobejdou bez detailů. Jak ukázaly teoretické studie před více než 50 lety, může taková rázová vlna rychle ztrácet energii ve vnějších vrstvách hvězdy a narazit na překážky. Potřebný je nový impuls, a ten přichází od extrémně lehkých elementárních částic vznikajících při nukleárních procesech: od neutrin. Při kolapsu hvězdy vzniká obrovské množství těchto částic.
Neutrinová exploze
Skutečně, neutriny přenášejí až 99 procent energie uvolněné při vzniku černé díry. A tuto energii mohou neutrina částečně předat zpomalující rázové vlně, čímž jí dodají nový impulz a vyvolají explozi supernovy.
To, zda je náraz způsobený neutrinami dostatečný k vyvolání supernovy, však závisí na mnoha detailech, jako je hustota plynu a pohyb vnějších vrstev hvězdy. Proto si astronomové dříve nebyli jisti, zda všechny hmotné hvězdy končí jako supernovy nebo některé umírají tiše, kdy vyvržené vnější vrstvy nakonec opět padají do vznikající černé díry.
Astronomové pozorují pouze přibližně polovinu explozí hvězd, než by se na základě modelů vývoje hvězd dalo očekávat. Mohou existovat i jiné příčiny – mnohé supernovy by mohly být skryty za hustými mraky plynu a prachu. Dosud však chybělo přímé pozorování tichého vzniku černé díry.
„Snadno se nacházejí supernovy, protože svítí týdny jasněji než celá galaxie,“ vysvětluje De. „Naopak, najít hvězdu, která zmizela bez exploze, je mimořádně obtížné.“ Odkrytí hvězdy M31-2014-DS1 má tedy pro astrofyziky velký význam.
Ačkoli hvězda zmizela z pohledu Neowise, díky velkým teleskopům na Zemi a teleskopu Hubble se De a jeho tým podařilo detekovat slabé infračervené záření. Když se vyvržený plyn vrátí do černé díry, zahřeje se a zahřeje prach v okolí. Teplý prach vysílá přesně takové infračervené záření.
Odhaduje se, že to potrvá několik desetiletí, než tento plyn zcela zmizí v černé díře. Na základě záření přijímaného v tomto období doufají De a jeho kolegové, že získají další informace o černé díře. A nyní, když astronomové vědí, jaké znaky mají hledat, doufají rovněž v objev dalších hvězd, které bez exploze kolabují do černých děr.
